CN103164091A - 单层电极互电容触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种单层电极互电容触摸屏，包括第一电极和第二电极，连接导线，以及数据处理模块。所述第一电极和第二电极接都电连接数据处理模块。尤其是，所述任意一第一电极与任意一第二电极互不重叠地设置在所述触摸屏的触摸区域内。各第一电极的第一连接导线之间，各第二电极的第二连接导线之间，以及任意第一电极和第二电极的连接导线之间在触摸屏的触摸区域内不存在交叉、跨越和交汇的位置关系。本发明实现支持多点触碰的单层设置电极的互电容触摸屏。由于没有架桥结构，触摸屏的透光率一致性好。采用本发明结构省去了现有技术制造互电容触摸屏的一些工艺过程，且电极制造相对简单，降低了单层互电容触摸屏的生产成本。

Description

单层电极互电容触摸屏

技术领域

本发明涉及触摸输入装置，特别是涉及能够支持多点触摸的触摸屏的电极布置结构。

背景技术

电容式触摸屏使用氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO的透明金属氧化物来做电容电极层，互电容检测方式采用两种可互换的线形电极通道X和线形电极通道Y来形成互电容，两种线性电极通道分别称为驱动线Driver和感应线Sensor。一般情况下，电极通道X和电极通道Y采用正交的结构形成电容矩阵，如图8所示，多个电极通道X，X1至X5，以及多个电极通道Y，Y1至Y5，形成了多个互电容CM结点，这些互电容CM结点就是电容变化监测点，所述互电容CM结点分布均匀且有规律。如果触摸发生在P指示区域或者Q指示区域，触摸屏的数据处理模块会收集多个监测点的电容变化，利用多种算法对触摸发生点电容变化量进行运算，得出准确的触摸坐标数据，因此可以检测出多点触控。

现有技术支持多点应用的电容触摸屏存在驱动通道和感应通道分别用两层ITO导电材料制成，并分别设置在两不共面的平行面上的双层ITO互电容触摸屏，即Double layer ITO触摸屏，简称DITO触摸屏，如图9所示；还有一种用ITO导电材料分别制造两种电极通道，两种电极通道设置在同一平面上的单层互电容触摸屏，即Single layer ITO触摸屏，简称SITO，如图10所示。具体来说，DITO触摸屏是使用两层ITO制成的电极通道相叠，一层ITO做驱动电极，一层做感应电极，两层ITO中间夹有用玻璃Glass或者合成材料薄膜Film等透明材料制成的绝缘层，驱动电极和感应电极正交分布，节点部分形成耦合互电容CM。SITO触摸屏表面上看是只使用一层ITO来制作驱动电极和感应电极，利用互补交叉的图案来形成耦合电容CM，但实际上由于驱动电极和感应电极需要正交形成电容矩阵，因此驱动电极和感应电极之间只有通过架桥8的方式实现通道相连。目前还存在一种单层ITO的电容式触摸屏，如图11所示，用直角三角形状的电极9构成电极通道，所述电极9成对设置，一对电极9的斜边平行设置，形成矩形的电极对，各电极对平行设置。此种方案存在不能识别横向多点触碰的问题，因此实际应用过程中，只能支持单点加手势的应用，即图11所示方案只能支持单点触控的电容式触摸屏。

显然上述三种现有技术互电容触摸屏方案存在以下的缺陷和不足之处：

DITO互电容触摸屏需要使用两层ITO制成的电极，触摸屏生产工艺复杂，生产良率受到生产工艺制约；SITO互电容触摸屏不是真正意义的单层电极布置，需要通过架桥完成通道连接，生产工艺复杂，良率低，且架桥部分与非架桥部分存在视觉差，使这两部分能够被使用者看到，不符合触摸屏要求。图11所示互电容触摸屏虽然是实现单层ITO触摸屏的一种方案，但是该触摸屏只能支持单点加手势的输入方式，并不能支持真实多点触碰的操作需求不符合市场需求，不利用触摸屏普及。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种由单层导电物质构成的能支持多点触控的电容式触摸屏，实现降低触摸屏的整体成本。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种单层电极互电容触摸屏，包括分布在同一平面内、用透明导电材料制成的、互相耦合的至少一第一电极和至少一第二电极，用透明导电材料制成的、分别电连接各第一电极的第一连接导线，用透明导电材料制成的、分别电连接各第二电极的第二连接导线，以及数据处理模块。所述第一电极和第二电极都电连接数据处理模块。尤其是，所述任意一第一电极与任意一第二电极互不重叠地设置在所述触摸屏的触摸区域内。各第一电极的第一连接导线之间，各第二电极的第二连接导线之间，以及任意第一电极和第二电极的连接导线之间在触摸屏的触摸区域内不存在交叉、跨越和交汇的位置关系。

具体而言，所述数据处理模块包括用于发出激励信号的驱动模块，以及用于接收因激励信号形成的反馈信号的传感模块；所述第一电极和第二电极中的任一种电极电连接所述驱动模块，另一种电极电连接所述传感模块。

一种具体实现方案，所述第一电极借助第一连接导线分组串行电连接成至少两根各自中心线互相平行的第一电极链。所述第一电极链的中心线是组成该第一电极链的各第一电极的形心连线。借助电连接所述第一电极链端部的第一电极的第一连接导线，所述第一电极链电连接所述数据处理模块。在相邻两第一电极链之间和/或最外侧两第一电极链各自的外侧设置所述第二电极。 电连接各第二电极的第二连接导线在触摸屏的触摸区域内互相平行设置，并且都电连接所述数据处理模块。

另一种具体实现方案，所述第一电极借助第一连接导线分组串行电连接成至少两根各自中心线互相平行的第一电极链。所述第一电极链的中心线是组成该第一电极链的各第一电极的形心连线。借助电连接所述第一电极链端部的第一电极的第一连接导线，所述第一电极链电连接所述数据处理模块。所述第一电极设置有一镂空的电极容置区，并且在该第一电极设置至少一出线槽，借助该出线槽将所述第一电极内电极容置区的区域与该第一电极外的区域连通。所述第二电极设置在与该第二电极对应的第一电极的电极容置区内，电连接所述第二电极的第二连接导线从所述第一电极的出线槽引出并电连接所述数据处理模块。并且电连接各第二电极的第二连接导线在第一电极外的区域内互相平行设置。

上述两种方案中，所述第一电极呈平面状。在一根第一电极链中的相邻第一电极的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，即该第一电极链中的相邻第一电极之间没有第一连接导线，从而令所述第一电极链呈长条状平面。

对于上述镂空第一电极的触摸屏实现方案，所述第二电极包括至少两子电极，以及设置在相邻两子电极之间的连接电极。所述子电极是具有互相垂直的第一中心线和第二中心线的平面，所述子电极与第一中心线共线的第一中心线段的长度小于与第二中心线共线的第二中心线段的长度。所述子电极各自的第二中心线互相平行设置。以所述子电极的第二中心线方向为宽度方向，所述连接电极的宽度小于所述子电极与第二中心线共线的第二中心线段的长度。所述子电极与连接电极之间的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，从而令所述第二电极呈具有至少一凹槽的平面状。与所述第二电极对应的第一电极的电极容置区的边界形状与该第二电极的平面边界形状相适配，从而令所述电极容置区的边界呈锯齿状。

一种子电极的结构方案，所述子电极是呈截去对角的菱形状的类菱形子电极，即所述类菱形子电极是一菱形被一对平行于所述第二中心线的直线截去该第二中心线两侧的角而成的六边形；所述连接电极是呈矩形状的矩形连接电极。

另一种子电极的结构方案，所述子电极是呈矩形状的矩形子电极。所述连接电极是呈矩形状的矩形连接电极。

所述镂空第一电极的触摸屏实现方案，所述第一电极的各自出线槽设置在第一电极链一侧或者两侧。

所述透明导电材料是氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO，或者是锑掺杂氧化锡Antimony Tin Oxide，简称ATO。

同现有技术相比较，本发明“单层电极互电容触摸屏”的技术效果在于：

本发明第一电极和第二电极互不重叠的设置在触摸区域内，触摸区域内没有任何跨越、交叉和交汇的位置关系，实现真正意义上支持多点触碰的单层设置电极的互电容触摸屏；由于没有架桥结构，触摸屏的透光率一致性好，不会令使用者看到触摸屏的电极结构；采用本发明结构省去了现有技术制造互电容触摸屏的一些工艺过程，且电极制造相对简单，降低了单层互电容触摸屏的生产成本。

附图说明

图1是本发明“单层电极互电容触摸屏”一种实现方式的电极布置结构示意图；

图2是本发明另一种实现方式的电极布置结构示意图；

图3是本发明第一实施例一个互电容耦合单元的结构示意图；

图4是本发明第一实施例的第一电极11的结构示意图；

图5是本发明第一实施例的第二电极21的结构示意图；

图6是本发明第二实施例的一个互电容耦合单元的结构示意图；

图7是本发明第二实施例的第二电极21的结构示意图；

图8是现有技术互电容触摸屏的电极结构原理示意图；

图9是现有技术DITO互电容触摸屏的电极结构原理示意图；

图10是现有技术SITO互电容触摸屏的电极结构原理示意图；

图11现有技术支持单点触碰的单层互电容触摸屏的电极结构原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示各实施例作进一步详述。

本发明通过在触摸屏屏体上形成电容矩阵，利用实时监测技术和重心算法实现真实多点的检测。根据此原理，需要在触摸屏上形成电容阵列矩阵，且驱动电极通道和感应电极通道不能在屏体上形成纵横交错。更具体的说，就是在屏体上形成独立的耦合电容单元，用ITO走线将其引出，在屏体外部进行电气连接，而不是传统的使用导电材料形成纵横交错的电极布设结构

本发明所述单层电极互电容触摸屏，如图1和图2所示，包括分布在同一平面内、用透明导电材料制成的、互相耦合的至少一第一电极11和至少一第二电极21，用透明导电材料制成的、分别电连接各第一电极11的第一连接导线31，用透明导电材料制成的、分别电连接各第二电极21的第二连接导线32，以及数据处理模块。所述第一电极11和第二电极21都电连接数据处理模块。尤其是，所述任意一第一电极11与任意一第二电极21互不重叠地设置在所述触摸屏的触摸区域5内。各第一电极11的第一连接导线31之间，各第二电极21的第二连接导线32之间，以及任意第一电极11和第二电极21的连接导线31、32之间在触摸屏的触摸区域5内不存在交叉、跨越和交汇的位置关系。最为简单的实现连接导线不交叉、不跨越和不交汇的位置关系就是平行设置。

所述透明导电材料是氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO，或者是锑掺杂氧化锡Antimony Tin Oxide，简称ATO。

所述数据处理模块包括用于发出激励信号的驱动模块，以及用于接收因激励信号形成的反馈信号的传感模块；所述第一电极11和第二电极21中的任一种电极电连接所述驱动模块，另一种电极电连接所述传感模块。

本发明用至少一对第一电极11和第二电极21构成最基本的互电容耦合单元，尽量减少第一电极11和第二电极21的连接导线，并且将连接导线以平行设置方式实现不交叉、不跨越和不交汇的位置关系，用连接导线将互电容耦合单元的电信号引出触摸区域外。本发明没有架桥结构，实现真正意义上用单层透明导电材料制成的电极构成支持多点触碰的互电容触摸屏。所述交叉位置关系侧重两根在同一平面内导线相交接触于一点的二维位置关系。所述跨越和交汇位置关系侧重两根在空间内相交但不接触的三位位置关系。

本发明一种具体实现方案，如图1所示，所述第一电极11借助第一连接导线31分组串行电连接成至少两根各自中心线互相平行的第一电极链10。所述第一电极链10的中心线是组成该第一电极链10的各第一电极11的形心连线。借助电连接所述第一电极链10端部的第一电极11的第一连接导线31，所述第一电极链10电连接触摸区域5外的导线41，再由该导线41将各第一电极链10电连接至所述数据处理模块。在相邻两第一电极链10之间和/或最外侧两第一电极链10各自的外侧设置所述第二电极21。图1示出在相邻两第一电极链10之间和在最外侧两第一电极链10各自的外侧设置所述第二电极21的情况，仅在相邻两第一电极链10之间设置第二电极21，而没有在最外侧两第一电极链10各自的外侧设置第二电极21的情况是很容易变通实现的另一种结构方案。电连接各第二电极21的第二连接导线32在触摸屏的触摸区域内互相平行设置，并且借助触摸区域5外的导线42都电连接所述数据处理模块。本发明上述具体实现方案简单易行，属于原理性的方案。

为了尽量减少触摸区域5内的连接导线，又如图1所示，所述第一电极11呈平面状。在一根第一电极链20中的相邻第一电极11的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，即该第一电极链10中的相邻第一电极11之间没有第一连接导线32，从而令所述第一电极链10呈长条状平面。上述表述仅用于描述第一电极链10的结构，实际制造时，可以直接使用一长条形平面电极作为第一电极链10，而不需要相邻第一电极11之间的连接过程。

本发明另一种具体实现方案，如图2所示，所述第一电极11借助第一连接导线31分组串行电连接成至少两根各自中心线互相平行的第一电极链10。所述第一电极链10的中心线是组成该第一电极链10的各第一电极11的形心连线。借助电连接所述第一电极链10端部的第一电极11的第一连接导线31，所述第一电极链10电连接触摸区域5外的导线41，再由该导线41将各第一电极链10电连接至所述数据处理模块；所述第一电极11设置有一镂空的电极容置区111，并且在该第一电极11设置至少一出线槽112，借助该出线槽112将所述第一电极11内电极容置区111的区域与该第一电极11外的区域连通。所述第二电极21设置在与该第二电极21对应的第一电极11的电极容置区111内，电连接所述第二电极21的第二连接导线32从所述第一电极11的出线槽112引出并借助触摸区域5外的导线42电连接所述数据处理模块。并且电连接各第二电极21的第二连接导线32在第一电极11外的区域内互相平行设置。上述具体实现方案是图1所示方案的优化方案，能够增强第一电极11与第二电极21的耦合效果，提高有效电容率。

为了尽量减少触摸区域5内的连接导线，又如图2所示，所述第一电极11呈平面状。在一根第一电极链20中的相邻第一电极11的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，即该第一电极链10中的相邻第一电极11之间没有第一连接导线32，从而令所述第一电极链10呈长条状平面。上述表述仅用于描述第一电极链10的结构，实际制造时，可以直接使用一长条形平面电极，在该平面电极上镂空加工一个以上的电容容置区111和出线槽112，从而制成第一电极链10，而不需要相邻第一电极11之间的连接过程。

如图2所示，所述第一电极11的各自出线槽112可以设置在第一电极链10一侧，如图2所示两侧的第一电极链10的情况；所述第一电极11的各自出线槽112也可以设置在第一电极链10的两侧，如图2所示中间的第一电极链10的情况。

为了更好的增强耦合效果，提高有效电容率，本发明第一实施例，如图3至图7所示，对于一个基本耦合单元，所述第二电极21包括至少两子电极211，以及设置在相邻两子电极211之间的连接电极212。所述子电极211是具有互相垂直的第一中心线和第二中心线的平面，所述子电极211与第一中心线共线的第一中心线段AB的长度小于与第二中心线共线的第二中心线段CD的长度。所述子电极211各自的第二中心线互相平行设置。以所述子电极211的第二中心线方向为宽度方向，所述连接电极212的宽度小于所述子电极211与第二中心线共线的第二中心线段CD的长度。所述子电极211与连接电极212之间的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，从而令所述第二电极21呈具有至少一凹槽的平面状；与所述第二电极21对应的第一电极11的电极容置区111的边界形状与该第二电极21的平面边界形状相适配，从而令所述电极容置区111的边界呈锯齿状。

本发明第一实施例，如图3至图5所示，所述子电极211是呈截去对角的菱形状的类菱形子电极2111，即所述类菱形子电极2111是一菱形被一对平行于所述第二中心线的直线截去该第二中心线两侧的角而成的六边形。所述连接电极212是呈矩形状的矩形连接电极2121。

本发明第二实施例，如图6和图7所示，所述子电极211是呈矩形状的矩形子电极2112。所述连接电极212是呈矩形状的矩形连接电极2121。

所述子电极211还可以呈成椭圆形或者类椭圆形的，或者任何边界线不规则的以第一中心线为对称轴的轴对称图形，或者任何边界线不规则的以第二中心线为对称轴的轴对称图形。

Claims (10)

1.一种单层电极互电容触摸屏，包括分布在同一平面内、用透明导电材料制成的、互相耦合的至少一第一电极（11）和至少一第二电极（21），用透明导电材料制成的、分别电连接各第一电极（11）的第一连接导线（31），用透明导电材料制成的、分别电连接各第二电极（21）的第二连接导线（32），以及数据处理模块；所述第一电极（11）和第二电极（21）都电连接数据处理模块；其特征在于：

所述任意一第一电极（11）与任意一第二电极（21）互不重叠地设置在所述触摸屏的触摸区域内；各第一电极（11）的第一连接导线（31）之间，各第二电极（21）的第二连接导线（32）之间，以及任意第一电极（11）和第二电极（21）的连接导线（31、32）之间在触摸屏的触摸区域内不存在交叉、跨越和交汇的位置关系。

2.根据权利要求1所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述数据处理模块包括用于发出激励信号的驱动模块，以及用于接收因激励信号形成的反馈信号的传感模块；所述第一电极（11）和第二电极（21）中的任一种电极电连接所述驱动模块，另一种电极电连接所述传感模块。

3.根据权利要求1所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述第一电极（11）借助第一连接导线（31）分组串行电连接成至少两根各自中心线互相平行的第一电极链（10）；所述第一电极链（10）的中心线是组成该第一电极链（10）的各第一电极（11）的形心连线；借助电连接所述第一电极链（10）端部的第一电极（11）的第一连接导线（31），所述第一电极链（10）电连接所述数据处理模块；

在相邻两第一电极链（10）之间和/或最外侧两第一电极链（10）各自的外侧设置所述第二电极（21）； 电连接各第二电极（21）的第二连接导线（32）在触摸屏的触摸区域内互相平行设置，并且都电连接所述数据处理模块。

4.根据权利要求1所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述第一电极（11）借助第一连接导线（31）分组串行电连接成至少两根各自中心线互相平行的第一电极链（10）；所述第一电极链（10）的中心线是组成该第一电极链（10）的各第一电极（11）的形心连线；借助电连接所述第一电极链（10）端部的第一电极（11）的第一连接导线（31），所述第一电极链（10）电连接所述数据处理模块；

所述第一电极（11）设置有一镂空的电极容置区（111），并且在该第一电极（11）设置至少一出线槽（112），借助该出线槽（112）将所述第一电极（11）内电极容置区（111）的区域与该第一电极（11）外的区域连通；

所述第二电极（21）设置在与该第二电极（21）对应的第一电极（11）的电极容置区（111）内，电连接所述第二电极（21）的第二连接导线（32）从所述第一电极（11）的出线槽（112）引出并电连接所述数据处理模块；并且电连接各第二电极（21）的第二连接导线（32）在第一电极（11）外的区域内互相平行设置。

5.根据权利要求3或者4所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述第一电极（11）呈平面状；在一根第一电极链（20）中的相邻第一电极（11）的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，即该第一电极链（10）中的相邻第一电极（11）之间没有第一连接导线（32），从而令所述第一电极链（10）呈长条状平面。

6.根据权利要求4所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述第二电极（21）包括至少两子电极（211），以及设置在相邻两子电极（211）之间的连接电极（212）；

所述子电极（211）是具有互相垂直的第一中心线和第二中心线的平面，所述子电极（211）与第一中心线共线的第一中心线段（AB）的长度小于与第二中心线共线的第二中心线段（CD）的长度；所述子电极（211）各自的第二中心线互相平行设置；

以所述子电极（211）的第二中心线方向为宽度方向，所述连接电极（212）的宽度小于所述子电极（211）与第二中心线共线的第二中心线段（CD）的长度；

所述子电极（211）与连接电极（212）之间的平面边界连接，借助互相毗邻的平面边界实现电连接，从而令所述第二电极（21）呈具有至少一凹槽的平面状；

与所述第二电极（21）对应的第一电极（11）的电极容置区（111）的边界形状与该第二电极（21）的平面边界形状相适配，从而令所述电极容置区（111）的边界呈锯齿状。

7.根据权利要求6所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述子电极（211）是呈截去对角的菱形状的类菱形子电极（2111），即所述类菱形子电极（2111）是一菱形被一对平行于所述第二中心线的直线截去该第二中心线两侧的角而成的六边形；所述连接电极（212）是呈矩形状的矩形连接电极（2121）。

8.根据权利要求6所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述子电极（211）是呈矩形状的矩形子电极（2112）；所述连接电极（212）是呈矩形状的矩形连接电极（2121）。

9.根据权利要求4所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述第一电极（11）的各自出线槽（112）设置在第一电极链（10）一侧或者两侧。

10.根据权利要求1所述的单层电极互电容触摸屏，其特征在于：

所述透明导电材料是氧化铟锡Indium Tin Oxide，简称ITO，或者是锑掺杂氧化锡Antimony Tin Oxide，简称ATO。

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